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JP6943098B2 - How to adjust the resistance value of semiconductor memory devices and memory cells - Google Patents
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本願開示は、半導体メモリ装置及びメモリセルの抵抗値の調整方法に関する。 The disclosure of the present application relates to a method for adjusting a resistance value of a semiconductor memory device and a memory cell.

磁気抵抗変化メモリ(Magnetoresistive Random Access Memory:以下MRAM)に用いられる磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction:以下MTJ)素子は、固定磁化層、自由磁化層、及び両者の間に配置されたトンネル絶縁膜を含む。固定磁化層の磁化方向は固定されており、自由磁化層の磁化方向は可変である。MTJ素子の抵抗値は、自由磁化層の磁化方向と固定磁化層の磁化方向とが同一方向を向いている平行状態のときに低くなり、反対方向を向いている反平行状態のときに高くなる。平行状態と反平行状態とを、記憶データの0と1とにそれぞれ対応させてよい。 The Magnetic Tunnel Junction (MTJ) element used in the Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) has a fixed magnetization layer, a free magnetization layer, and a tunnel insulating film arranged between them. include. The magnetization direction of the fixed magnetization layer is fixed, and the magnetization direction of the free magnetization layer is variable. The resistance value of the MTJ element decreases when the magnetization direction of the free magnetization layer and the magnetization direction of the fixed magnetization layer are oriented in the same direction in a parallel state, and increases in an antiparallel state in which they are oriented in opposite directions. .. The parallel state and the antiparallel state may correspond to 0 and 1 of the stored data, respectively.

MRAMは、書込み方法の観点から、書込み配線型とスピン注入型とに分類される。書き込み配線型においては、書き込み用ワード線に流れる電流によって発生する磁場により、自由磁化層の磁化方向が制御される。スピン注入型においては、MTJ素子に電流を流したときに発生するスピントランスファー効果により、自由磁化層の磁化方向が制御される。現在ではスピン注入型が主流となっている。これは、スピン注入型では書き込み配線が不要であり、この点が大容量化で必須となる微細化に有利だからである。 MRAM is classified into a write wiring type and a spin injection type from the viewpoint of a writing method. In the write wiring type, the magnetization direction of the free magnetization layer is controlled by the magnetic field generated by the current flowing through the write word line. In the spin injection type, the magnetization direction of the free magnetization layer is controlled by the spin transfer effect generated when a current is passed through the MTJ element. Currently, the spin injection type is the mainstream. This is because the spin injection type does not require write wiring, and this point is advantageous for miniaturization, which is indispensable for increasing the capacity.

スピン注入型において磁界反転に必要な電流量は、電流密度で決まっており、素子面積が小さいほど必要な反転電流量が小さくて済む。MTJ素子を微細化することにより、動作電流を低減でき、またメモリ容量を増大できるため、微細化のための研究開発が精力的に行われている。 In the spin injection type, the amount of current required for magnetic field reversal is determined by the current density, and the smaller the element area, the smaller the amount of reversal current required. By miniaturizing the MTJ element, the operating current can be reduced and the memory capacity can be increased, so research and development for miniaturization are being energetically carried out.

MTJ素子には磁性材料が用いられており、通常微細加工で行われる反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:以下RIE)により加工することが難しいという問題がある。RIEで用いられるガスにより磁性材料を削り難いためである。そのため、MTJ素子を微細化した際にサイズにばらつきが発生してしまうという問題が生じていた。 A magnetic material is used for the MTJ element, and there is a problem that it is difficult to process by reactive ion etching (hereinafter referred to as RIE) which is usually performed in microfabrication. This is because it is difficult to scrape the magnetic material with the gas used in RIE. Therefore, there is a problem that the size varies when the MTJ element is miniaturized.

例えば、直径が50nmの円筒状のMTJ素子と直径が20nmの円筒状のMTJ素子とを比較した場合、直径が1nm大きくなると、素子断面の面積の増加量はそれぞれ4%及び10%となる。この面積増加量が直接に抵抗値の減少量等に結びつくため、小さいサイズのMTJ素子の場合ほど、サイズ変動による抵抗値等の素子特性への影響が大きいことになる。 For example, when comparing a cylindrical MTJ element having a diameter of 50 nm and a cylindrical MTJ element having a diameter of 20 nm, when the diameter is increased by 1 nm, the amount of increase in the area of the element cross section is 4% and 10%, respectively. Since this amount of area increase is directly linked to the amount of decrease in resistance value, the smaller the size of the MTJ element, the greater the influence of size fluctuation on the element characteristics such as resistance value.

またメモリ装置を製造する工程において、MTJ素子の抵抗値及び磁気特性が変化してしまうという問題もあった。具体的には、シリコン酸化膜(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、又はシリコン窒化膜(Si)等の絶縁膜でMTJ素子を覆う工程において、絶縁膜形成時の酸化性又は還元性雰囲気により、MTJ素子が酸化又は還元されて特性が変化してしまう。この場合、MTJ素子が外側から酸化或いは還元されるので、上記のMTJ素子のサイズ変動の場合と同様に、MTJ素子のサイズが大きい場合の影響は小さいが、MTJ素子のサイズが小さくなるにしたがい、影響が無視できないものとなってしまう。 Further, in the process of manufacturing the memory device, there is also a problem that the resistance value and the magnetic characteristics of the MTJ element change. Specifically, in the step of covering the MTJ element with an insulating film such as a silicon oxide film (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or a silicon nitride film (Si 3 N 4), oxidation during insulation film formation. Depending on the sex or reducing atmosphere, the MTJ element is oxidized or reduced to change its properties. In this case, since the MTJ element is oxidized or reduced from the outside, the effect of a large MTJ element size is small as in the case of the size fluctuation of the MTJ element described above, but as the size of the MTJ element decreases. , The impact will be non-negligible.

特許第5824192号公報Japanese Patent No. 5824192 特開2016−171125号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-171125

以上を鑑みると、酸化還元反応により特性が変化するメモリ素子において特性変動を小さくすることが可能な半導体メモリ装置が望まれる。 In view of the above, a semiconductor memory device capable of reducing characteristic fluctuations in a memory element whose characteristics change due to a redox reaction is desired.

半導体メモリ装置は、酸化還元反応により特性が変化するメモリ素子と、前記メモリ素子の上面に設けられる第1電極と、前記メモリ素子の下面に設けられる第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間における前記メモリ素子の側面全体を覆うアモルファス炭素膜と、前記アモルファス炭素膜の周囲に設けられた層間絶縁膜と、前記アモルファス炭素膜と前記層間絶縁膜との間に形成時に酸化雰囲気を用いない材料で形成されたカバー絶縁膜とを含む。
The semiconductor memory device includes a memory element whose characteristics change due to an oxidation-reduction reaction, a first electrode provided on the upper surface of the memory element, a second electrode provided on the lower surface of the memory element, the first electrode, and the first electrode. An amorphous carbon film that covers the entire side surface of the memory element between the two electrodes, an interlayer insulating film provided around the amorphous carbon film, and oxidation during formation between the amorphous carbon film and the interlayer insulating film. Includes a cover insulating film made of a material that does not use atmosphere.

メモリセルの抵抗値の調整方法は、磁気トンネル結合素子と、前記磁気トンネル結合素子の上面に設けられる第1電極と、前記磁気トンネル結合素子の下面に設けられる第2電極と、前記磁気トンネル結合素子の側面を覆うアモルファス炭素膜とを含むメモリセルにおいて、前記第1電極と前記第2電極とを介して前記磁気トンネル結合素子に電流を流すことにより前記磁気トンネル結合素子を加熱し、前記加熱により前記磁気トンネル結合素子を構成する元素を前記アモルファス炭素膜に拡散させることにより前記アモルファス炭素膜の抵抗値を低下させる各段階を含む。 The method of adjusting the resistance value of the memory cell is as follows: the magnetic tunnel coupling element, the first electrode provided on the upper surface of the magnetic tunnel coupling element, the second electrode provided on the lower surface of the magnetic tunnel coupling element, and the magnetic tunnel coupling. In a memory cell including an amorphous carbon film covering the side surface of the element, the magnetic tunnel coupling element is heated by passing an electric current through the first electrode and the second electrode to the magnetic tunnel coupling element, and the heating is performed. This includes each step of lowering the resistance value of the amorphous carbon film by diffusing the elements constituting the magnetic tunnel coupling element into the amorphous carbon film.

少なくとも1つの実施例によれば、酸化還元反応により特性が変化するメモリ素子において特性変動を小さくすることができる。 According to at least one embodiment, it is possible to reduce the characteristic fluctuation in the memory device whose characteristics change due to the redox reaction.

磁気トンネル接合の基本的な構成及び動作を示す図である。It is a figure which shows the basic structure and operation of a magnetic tunnel junction. MTJ素子をメモリ素子として用いた実施例における半導体メモリ装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the semiconductor memory apparatus in the Example which used the MTJ element as a memory element. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。It is a figure which shows each stage of the manufacturing process in the Example of the manufacturing method of the semiconductor memory apparatus. 図19に示す半導体メモリ装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the semiconductor memory apparatus shown in FIG. アモルファス炭素膜を用いた半導体メモリ装置とシリコン酸化膜を用いた半導体メモリ装置との素子抵抗値分布を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the element resistance value distribution of the semiconductor memory apparatus which used an amorphous carbon film, and the semiconductor memory apparatus which used a silicon oxide film. MTJ素子を含むメモリセルの抵抗値の調整方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the adjustment method of the resistance value of the memory cell including the MTJ element. 電流印加による加熱によりメモリセルの抵抗値が減少する効果を示す図である。It is a figure which shows the effect that the resistance value of a memory cell is reduced by heating by applying an electric current. 電流印加による加熱によりMTJ素子の反転電流値が減少する効果を示す図である。It is a figure which shows the effect that the reversal current value of an MTJ element is reduced by heating by applying a current.

以下の説明において、同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。 In the following description, the same or corresponding components will be referred to by the same or corresponding number, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図1は、磁気トンネル接合(MTJ)の基本的な構成及び動作を示す図である。図1(a)及び(b)に示すMTJは、自由磁化層11、トンネル絶縁膜12、及び固定磁化層13を含む。図1(a)及び(b)に示すMTJは、垂直磁化型MTJであり、各層の面に平行な方向ではなく各層の面に垂直な方向(即ち層の厚さ方向)に磁化方向が向いている。 FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration and operation of a magnetic tunnel junction (MTJ). The MTJ shown in FIGS. 1A and 1B includes a free magnetization layer 11, a tunnel insulating film 12, and a fixed magnetization layer 13. The MTJs shown in FIGS. 1A and 1B are perpendicular magnetization type MTJs, and the magnetization direction is directed not in the direction parallel to the surface of each layer but in the direction perpendicular to the surface of each layer (that is, the thickness direction of the layer). ing.

図1(a)に示す状態では、自由磁化層11の磁化方向が層内の矢印で示すように下を向いており、固定磁化層13の磁化方向が層内の矢印で示すように上を向いている。このように自由磁化層11の磁化方向と固定磁化層13の磁化方向とが反平行状態(反対の方向を向いている状態)において、MTJは高抵抗値を示す高抵抗状態となる。図1(b)に示す状態では、自由磁化層11の磁化方向が層内の矢印で示すように上を向いており、固定磁化層13の磁化方向が層内の矢印で示すように上を向いている。このように自由磁化層11の磁化方向と固定磁化層13の磁化方向とが平行状態(同一の方向を向いている状態)において、MTJは低抵抗値を示す低抵抗状態となる。MTJを低抵抗状態又は高抵抗状態に設定することにより、MTJに情報を記憶することができる。 In the state shown in FIG. 1A, the magnetization direction of the free magnetization layer 11 points downward as indicated by an arrow in the layer, and the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 points upward as indicated by an arrow in the layer. It is suitable. In this way, when the magnetization direction of the free magnetization layer 11 and the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 are antiparallel (a state in which they face opposite directions), the MTJ is in a high resistance state showing a high resistance value. In the state shown in FIG. 1B, the magnetization direction of the free magnetization layer 11 points upward as indicated by an arrow in the layer, and the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 points upward as indicated by an arrow in the layer. It is suitable. In this way, when the magnetization direction of the free magnetization layer 11 and the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 are parallel (a state in which they face the same direction), the MTJ is in a low resistance state showing a low resistance value. Information can be stored in the MTJ by setting the MTJ to a low resistance state or a high resistance state.

スピン偏極した電子のトルク(STT)を用いたスピン注入磁化反転により、自由磁化層11の磁化を反転できる。例えば図1(a)に示される磁化方向の状態において、自由磁化層11を正極側に接続し、固定磁化層13を負極側に接続するように電圧を印加する。この電圧印加に伴い、固定磁化層13側から自由磁化層11側に電子が流れる(即ち図面上方向に向かい電子が流れる)。固定磁化層13の磁化方向と逆方向のスピンを有する電子が固定磁化層13を通過する確率が低い一方で、固定磁化層13の磁化方向と同方向のスピンを有する電子は高確率で固定磁化層13を通過し、自由磁化層11に到達する。この固定磁化層13の磁化方向と同方向のスピンを有する電子の影響により、自由磁化層11の磁化方向は反転され、固定磁化層13の磁化方向と同一の向きの磁化を有する状態(図1(b)に示す状態)に自由磁化層11が設定される。 The magnetization of the free magnetization layer 11 can be reversed by spin injection magnetization reversal using spin-polarized electron torque (STT). For example, in the state of the magnetization direction shown in FIG. 1A, a voltage is applied so as to connect the free magnetization layer 11 to the positive electrode side and the fixed magnetization layer 13 to the negative electrode side. With this voltage application, electrons flow from the fixed magnetization layer 13 side to the free magnetization layer 11 side (that is, electrons flow toward the upper side of the drawing). While the probability that electrons having a spin in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 will pass through the fixed magnetization layer 13 is low, electrons having a spin in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 have a high probability of being fixedly magnetized. It passes through the layer 13 and reaches the free magnetization layer 11. Due to the influence of electrons having spins in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13, the magnetization direction of the free magnetization layer 11 is reversed, and the state has magnetization in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 (FIG. 1). The free magnetization layer 11 is set in the state shown in (b)).

また図1(b)に示される磁化方向の状態において、固定磁化層13を正極側に接続し、自由磁化層11を負極側に接続するように電圧を印加する。この電圧印加に伴い、自由磁化層11側から固定磁化層13側に電子が流れる(即ち図面下方向に向かい電子が流れる)。固定磁化層13の磁化方向と同方向のスピンを有する電子は固定磁化層13を高確率で通過する一方で、固定磁化層13の磁化方向と逆方向のスピンを有する電子の一部は固定磁化層13に反射されて自由磁化層11に影響を与える。固定磁化層13の磁化方向と逆方向のスピンを有する電子の影響により、自由磁化層11の磁化方向は反転され、固定磁化層13の磁化方向と反対向きの磁化を有する状態(図1(a)に示す状態)に自由磁化層11が設定される。 Further, in the state of the magnetization direction shown in FIG. 1B, a voltage is applied so as to connect the fixed magnetization layer 13 to the positive electrode side and the free magnetization layer 11 to the negative electrode side. With this voltage application, electrons flow from the free magnetization layer 11 side to the fixed magnetization layer 13 side (that is, electrons flow downward in the drawing). Electrons having a spin in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 pass through the fixed magnetization layer 13 with high probability, while some electrons having a spin in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 are fixedly magnetized. It is reflected by the layer 13 and affects the free magnetization layer 11. Due to the influence of electrons having spins in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13, the magnetization direction of the free magnetization layer 11 is reversed, and the magnetization is in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetization layer 13 (FIG. 1 (a). The free magnetization layer 11 is set in the state shown in).

MTJが平行状態(低抵抗状態)にあるのか反平行状態(高抵抗状態)にあるのかを判定するためには、MTJに読み出し電圧を印加して、MTJに流れる電流量が所定の閾値電流量より大きいか小さいかを判定すればよい。この閾値電流量としては、リファレンスとなる別のMTJ素子に流れる電流量を用いることができる。なおMTJの状態判定の際に印加する読み出し電圧は、上記のようにMTJの磁化方向を設定するために印加する電圧よりも低い電圧である。またMTJの磁化方向を設定するために印加する電圧は、自由磁化層11の磁化状態を反転させるために必要な反転電圧以上である。 In order to determine whether the MTJ is in a parallel state (low resistance state) or an antiparallel state (high resistance state), a read voltage is applied to the MTJ, and the amount of current flowing through the MTJ is a predetermined threshold current amount. It may be determined whether it is larger or smaller. As the threshold current amount, the amount of current flowing through another MTJ element as a reference can be used. The read-out voltage applied when determining the state of the MTJ is lower than the voltage applied to set the magnetization direction of the MTJ as described above. Further, the voltage applied to set the magnetization direction of the MTJ is equal to or higher than the inversion voltage required to invert the magnetization state of the free magnetization layer 11.

以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2は、MTJ素子をメモリ素子として用いた実施例における半導体メモリ装置の構成の一例を示す図である。図2に示す半導体メモリ装置は、自由磁化層11、トンネル絶縁膜12、固定磁化層13、下部電極20、上部電極21、層間絶縁膜22、アモルファス炭素膜23、配線24、及び配線25を含む。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a semiconductor memory device in an embodiment in which an MTJ element is used as a memory element. The semiconductor memory device shown in FIG. 2 includes a free magnetization layer 11, a tunnel insulating film 12, a fixed magnetization layer 13, a lower electrode 20, an upper electrode 21, an interlayer insulating film 22, an amorphous carbon film 23, a wiring 24, and a wiring 25. ..

自由磁化層11、トンネル絶縁膜12、及び固定磁化層13がMTJ素子であり、1ビットの情報を記憶するメモリ素子として機能する。自由磁化層11及び固定磁化層13は、CoFe又はCoFeB等の磁性材料で形成された層を含み、適宜Ta、CoPt、Ru等で形成された層を含んでもよい。トンネル絶縁膜12は、MgO(酸化マグネシウム)等の絶縁材料で形成された層である。 The free magnetization layer 11, the tunnel insulating film 12, and the fixed magnetization layer 13 are MTJ elements, which function as memory elements for storing 1-bit information. The free magnetized layer 11 and the fixed magnetized layer 13 include a layer formed of a magnetic material such as CoFe or CoFeB, and may appropriately include a layer formed of Ta, CoPt, Ru or the like. The tunnel insulating film 12 is a layer formed of an insulating material such as MgO (magnesium oxide).

下部電極20及び上部電極21の各々は、金属材料で形成される金属層であり、MTJ素子に電圧を印加するための電極として機能する。下部電極20及び上部電極21の各々は、後述するように、下側から上側に向かい、Taで形成された層、Ruで形成された層、及びTaで形成された層を含んでよい。 Each of the lower electrode 20 and the upper electrode 21 is a metal layer formed of a metal material, and functions as an electrode for applying a voltage to the MTJ element. Each of the lower electrode 20 and the upper electrode 21 may include a layer formed of Ta, a layer formed of Ru, and a layer formed of Ta from the lower side to the upper side, as described later.

層間絶縁膜22はシリコン酸化膜(SiO膜)などの絶縁材料で形成されてよい。アモルファス炭素膜23は、アモルファス(非晶質)状態の炭素(アモルファスカーボン:C)で形成されるカバー絶縁膜である。配線24及び配線25は、例えばAlやCuなどの金属材料で形成されてよい。 The interlayer insulating film 22 may be formed of an insulating material such as a silicon oxide film (SiO 2 film). The amorphous carbon film 23 is a cover insulating film formed of carbon (amorphous carbon: C) in an amorphous state. The wiring 24 and the wiring 25 may be made of a metal material such as Al or Cu.

配線24及び上部電極21を介して、印加電圧の一方の極性側の電位をMTJ素子の自由磁化層11側に印加する。また配線25及び下部電極20を介して、印加電圧の他方の極性側の電位をMTJ素子の自由磁化層11側に印加する。これにより、MTJ素子に対する情報書き込み及び情報読み出しが可能となる。 A potential on one polar side of the applied voltage is applied to the free magnetization layer 11 side of the MTJ element via the wiring 24 and the upper electrode 21. Further, the potential on the other polar side of the applied voltage is applied to the free magnetization layer 11 side of the MTJ element via the wiring 25 and the lower electrode 20. This makes it possible to write information and read information from the MTJ element.

上記の半導体メモリ装置においては、酸化還元反応により特性が変化するメモリ素子であるMTJ素子の側面を覆うアモルファス炭素膜23が設けられている。従来の磁気抵抗変化メモリ装置においては、MTJ素子の側面を覆うカバー絶縁膜としては、シリコン酸化膜(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、又はシリコン窒化膜(Si)等が用いられる。しかしながら、これらの絶縁膜でMTJ素子を覆う工程においては、絶縁膜形成時に酸化性又は還元性の雰囲気を用いることになるため、MTJ素子が酸化又は還元されて特性が変化してしまう。より具体的には、磁性材料として用いられているFeやCo等の金属が酸化することにより、磁気特性が劣化してしまう。またトンネル絶縁膜12のMgOが還元することにより、メモリ素子の特性が変化してしまう。 In the above semiconductor memory device, an amorphous carbon film 23 that covers the side surface of the MTJ element, which is a memory element whose characteristics change due to a redox reaction, is provided. In the conventional magnetoresistive change memory device, the cover insulating film covering the side surface of the MTJ element includes a silicon oxide film (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or a silicon nitride film (Si 3 N 4 ). Is used. However, in the step of covering the MTJ element with these insulating films, an oxidizing or reducing atmosphere is used at the time of forming the insulating film, so that the MTJ element is oxidized or reduced to change its characteristics. More specifically, the magnetic properties deteriorate due to the oxidation of metals such as Fe and Co used as magnetic materials. Further, the reduction of MgO in the tunnel insulating film 12 changes the characteristics of the memory element.

一方、図2に示す半導体メモリ装置において、MTJ素子の側面をアモルファス炭素膜23で覆う工程においては、アモルファス炭素をターゲットとするスパッタ法により、MTJ素子の側面及び下部電極20の上面にアモルファス炭素膜23を成膜すればよい。従って、MTJ素子が酸化性又は還元性の雰囲気に曝されることがなく、MTJ素子の特性が変化してしまうことがない。またアモルファス炭素膜23によりMTJ素子がカバーされるので、その後の製造工程や製造後において層間絶縁膜22から水、酸素、水素等が侵入しMTJ素子が劣化することを防ぐことができる。 On the other hand, in the semiconductor memory device shown in FIG. 2, in the step of covering the side surface of the MTJ element with the amorphous carbon film 23, the amorphous carbon film is applied to the side surface of the MTJ element and the upper surface of the lower electrode 20 by a sputtering method targeting the amorphous carbon. 23 may be formed. Therefore, the MTJ device is not exposed to an oxidizing or reducing atmosphere, and the characteristics of the MTJ device are not changed. Further, since the MTJ element is covered by the amorphous carbon film 23, it is possible to prevent water, oxygen, hydrogen, etc. from entering from the interlayer insulating film 22 and deteriorating the MTJ element in the subsequent manufacturing process or after manufacturing.

なおアモルファス炭素は、導電率が高いグラファイトとは異なり、非常に高い抵抗値を有し、略絶縁体と見なすことができる。このようにアモルファス炭素の抵抗値が非常に高いために、MTJ素子の側面にアモルファス炭素膜23を設けても、MTJ素子の記憶状態に応じて変化する抵抗値測定の妨げとなることはない。 Unlike graphite, which has high conductivity, amorphous carbon has a very high resistance value and can be regarded as a substantially insulator. Since the resistance value of the amorphous carbon is very high as described above, even if the amorphous carbon film 23 is provided on the side surface of the MTJ element, it does not interfere with the resistance value measurement that changes according to the storage state of the MTJ element.

また後述するように、MTJ素子に充分に大きな電流を流すことによりMTJを加熱し、この熱によりMTJ素子を構成する元素をアモルファス炭素膜23に拡散させることによりアモルファス炭素膜23の抵抗値を低下させることが可能である。即ち、磁気抵抗変化メモリ装置において、MTJ素子とアモルファス炭素膜23とを纏めたメモリセルの総体的な抵抗値を低くするように調整することが可能となる。なお、以降において、MTJ素子等のメモリ素子とアモルファス炭素膜等のメモリ素子の周辺の要素とを纏めてメモリセルと呼ぶ。メモリ装置製造後に各メモリセルの抵抗値を測定し、測定結果に基づいて抵抗値が所望の値よりも高いメモリセルを特定し、特定したメモリセルに充分に大きな電流を流して加熱することにより、当該メモリセルの総体的な抵抗値を下げてよい。これにより磁気抵抗変化メモリ装置の複数のメモリセルの抵抗値分布の幅を狭くして、0/1判定の際に大きなマージンを確保することが可能になる。 Further, as will be described later, the MTJ is heated by passing a sufficiently large current through the MTJ element, and the elements constituting the MTJ element are diffused in the amorphous carbon film 23 by this heat to reduce the resistance value of the amorphous carbon film 23. It is possible to make it. That is, in the magnetic resistance change memory device, it is possible to adjust so as to lower the overall resistance value of the memory cell in which the MTJ element and the amorphous carbon film 23 are combined. Hereinafter, a memory element such as an MTJ element and a peripheral element of the memory element such as an amorphous carbon film are collectively referred to as a memory cell. By measuring the resistance value of each memory cell after manufacturing the memory device, identifying the memory cell whose resistance value is higher than the desired value based on the measurement result, and heating the specified memory cell by passing a sufficiently large current. , The overall resistance value of the memory cell may be lowered. As a result, the width of the resistance value distribution of the plurality of memory cells of the magnetic resistance change memory device can be narrowed, and a large margin can be secured at the time of 0/1 determination.

また後述するように、上記の加熱処理には、MTJ素子が状態反転するために必要な反転電流値を小さくする効果もある。この効果は、アモルファス炭素膜23からの炭素拡散によりMTJ素子の周辺部の磁気が壊れ実質的に断面積が小さなMTJ素子となること、炭素拡散のために磁化層の周辺部が電流で熱を発生し磁気反転し易くなること、等により生じる。 Further, as will be described later, the above heat treatment also has an effect of reducing the reversal current value required for the MTJ element to reverse the state. This effect is due to the fact that the magnetism in the peripheral part of the MTJ element is broken by carbon diffusion from the amorphous carbon film 23, resulting in an MTJ element with a substantially small cross-sectional area, and the peripheral part of the magnetization layer is heated by an electric current due to carbon diffusion. It is caused by the fact that it is generated and easily reverses magnetically.

以下に、半導体メモリ装置の製造方法の実施例を説明する。以下の説明においては、例えば図2に示すようなMTJ素子をメモリ素子として含む半導体メモリ装置を製造する例について説明するが、製造する対象となる装置は磁気抵抗変化メモリ装置に限定されない。例えば、後述するように、強誘電体メモリ素子を対象として、同様の方法により強誘電体メモリ装置を製造してもよい。 An embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device will be described below. In the following description, for example, an example of manufacturing a semiconductor memory device including an MTJ element as a memory element as shown in FIG. 2 will be described, but the device to be manufactured is not limited to the magnetoresistive change memory device. For example, as will be described later, a ferroelectric memory device may be manufactured by the same method for a ferroelectric memory element.

図3乃至図19は、半導体メモリ装置の製造方法の実施例における製造工程の各段階を示す図である。以下に、図3乃至図19を用いて、半導体メモリ装置の製造方法の実施例を説明する。 3 to 19 are diagrams showing each stage of the manufacturing process in the embodiment of the manufacturing method of the semiconductor memory device. Hereinafter, examples of a method for manufacturing a semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. 3 to 19.

図3に示されるように、シリコン基板30を用意する。シリコン基板30は、その上に図2に示されるようなMTJ素子、電極、配線等の回路要素が形成される板状の部品である。 As shown in FIG. 3, the silicon substrate 30 is prepared. The silicon substrate 30 is a plate-shaped component on which circuit elements such as MTJ elements, electrodes, and wiring as shown in FIG. 2 are formed.

図4に示されるように、シリコン基板30の上面にシリコン酸化膜31を形成する。シリコン酸化膜31を形成するためには、シリコン基板30の表面に熱酸化によりシリコン酸化膜31を成長させてもよいし、或いはシリコン基板30の表面にCVP(Chemical Vapor Deposition:以下CVD)法等によりSiO等を堆積させてもよい。 As shown in FIG. 4, a silicon oxide film 31 is formed on the upper surface of the silicon substrate 30. In order to form the silicon oxide film 31, the silicon oxide film 31 may be grown on the surface of the silicon substrate 30 by thermal oxidation, or the surface of the silicon substrate 30 may be subjected to a CVP (Chemical Vapor Deposition: CVD) method or the like. You may deposit SiO 2 and the like as a result.

図5に示されるように、シリコン酸化膜31の上に下部電極層32を形成する。具体的には、下部電極層32として、タンタル(Ta)層、ルテニウム(Ru)層、タンタル(Ta)層をこの順番でスパッタ法により形成する。タンタル層は、RuとSiOとの密着性が悪いため、密着させるためにRuとSiOとの間に設ける密着層である。ルテニウム層は、下部電極層32の抵抗値を下げるために設けられる層である。タンタル層は、下部電極層32の上面に設けられるMTJ素子を加工する際のエッチングストッパー層である。下部電極層32は、図2の下部電極20に相当する層である。 As shown in FIG. 5, the lower electrode layer 32 is formed on the silicon oxide film 31. Specifically, as the lower electrode layer 32, a tantalum (Ta) layer, a ruthenium (Ru) layer, and a tantalum (Ta) layer are formed in this order by a sputtering method. Tantalum layer, due to poor adhesion between the Ru and SiO 2, a contact layer provided between the Ru and SiO 2 in order to adhere. The ruthenium layer is a layer provided for lowering the resistance value of the lower electrode layer 32. The tantalum layer is an etching stopper layer for processing the MTJ element provided on the upper surface of the lower electrode layer 32. The lower electrode layer 32 is a layer corresponding to the lower electrode 20 in FIG.

図6に示されるように、下部電極層32の上に、固定磁化層33、絶縁層34、自由磁化層35、及び上部電極層36をこの順番に形成する。MTJ素子の各層である固定磁化層33、絶縁層34、及び自由磁化層35はスパッタ法で形成してよい。固定磁化層33は、例えばCoFeB(コバルト鉄ボロン)で形成された厚さ1nmの層であってよい。絶縁層34は、例えばMgOで形成された厚さ0.8nmの層であってよい。自由磁化層35は、例えばCoFeBで形成された厚さ1.5nmの層であってよい。上部電極層36としては、タンタル層、ルテニウム層、及びタンタル層をこの順番に形成してよい。これらタンタル層、ルテニウム層、及びタンタル層は、それぞれ膜厚が例えば1nm、10nm、及び40nmであってよい。ルテニウム層は、上部電極層36の抵抗値を下げるために設けられる層である。上部電極層36は、図2の上部電極21に相当する層である。 As shown in FIG. 6, a fixed magnetization layer 33, an insulating layer 34, a free magnetization layer 35, and an upper electrode layer 36 are formed on the lower electrode layer 32 in this order. The fixed magnetization layer 33, the insulating layer 34, and the free magnetization layer 35, which are the respective layers of the MTJ element, may be formed by a sputtering method. The fixed magnetization layer 33 may be, for example, a layer formed of CoFeB (cobalt iron boron) and having a thickness of 1 nm. The insulating layer 34 may be, for example, a layer formed of MgO and having a thickness of 0.8 nm. The free magnetization layer 35 may be, for example, a layer formed of CoFeB and having a thickness of 1.5 nm. As the upper electrode layer 36, a tantalum layer, a ruthenium layer, and a tantalum layer may be formed in this order. The tantalum layer, ruthenium layer, and tantalum layer may have film thicknesses of, for example, 1 nm, 10 nm, and 40 nm, respectively. The ruthenium layer is a layer provided for lowering the resistance value of the upper electrode layer 36. The upper electrode layer 36 is a layer corresponding to the upper electrode 21 in FIG.

図7に示されるように、上部電極層36の上面においてSiOで形成される絶縁層37を形成する。絶縁層37は、例えばCVD法により堆積してもよいし、スパッタ法により堆積してもよい。絶縁層37の膜厚は例えば70nmであってよい。絶縁層37の材料は、SiOに限定されるものではなく、例えば窒化シリコン(Si)であってもよいし、また或いは酸化アルミニウム(Al)等であってもよい。 As shown in FIG. 7, an insulating layer 37 formed of SiO 2 is formed on the upper surface of the upper electrode layer 36. The insulating layer 37 may be deposited by, for example, a CVD method or a sputtering method. The film thickness of the insulating layer 37 may be, for example, 70 nm. The material of the insulating layer 37 is not limited to SiO 2 , and may be, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like.

図8に示されるように、絶縁層37の上面に形成したフォトレジスト層を所望のパターンで露光することにより、レジストパターン38を絶縁層37の上面に形成する。レジスト材料は、ベース樹脂であるノボラック樹脂等に、感光剤である化合物を含めた有機系材料であってよい。 As shown in FIG. 8, the resist pattern 38 is formed on the upper surface of the insulating layer 37 by exposing the photoresist layer formed on the upper surface of the insulating layer 37 with a desired pattern. The resist material may be an organic material containing a compound as a photosensitizer in a novolak resin or the like as a base resin.

図9において、レジストパターン38(図8参照)をマスクとして用いてRIEを行うことにより絶縁層37を加工し、絶縁材料(この例ではSiO)で形成されるパターン37Aを形成する。エッチングガスは、例えば四フッ化炭素(CF)とアルゴン(Ar)との混合ガスであってよい。なおレジストパターン38は、エッチング後にアッシングにより除去する。なお、後ほどMTJ素子をRIEにて加工する場合にはレジストパターン38を残しておいてもよい。MTJ素子のRIEは酸化性のガスで行われるので、レジストが速やかに除去されるからである。この処理により、金属材料(この例ではTa)で形成される金属層(この例では上部電極層36の最上層のタンタル層)の上面において絶縁材料(この例ではSiO)で形成されるパターン37Aを形成する。このパターン37Aは、引き続き実施するイオンミリング又はRIEにおいてマスクとして機能する。 In FIG. 9, the insulating layer 37 is processed by performing RIE using the resist pattern 38 (see FIG. 8) as a mask to form the pattern 37A formed of the insulating material (SiO 2 in this example). The etching gas may be, for example , a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and argon (Ar). The resist pattern 38 is removed by ashing after etching. When the MTJ element is processed by RIE later, the resist pattern 38 may be left. This is because the RIE of the MTJ element is performed by an oxidizing gas, so that the resist is quickly removed. By this treatment, a pattern formed of an insulating material (SiO 2 in this example) on the upper surface of a metal layer (in this example, the uppermost tantalum layer of the upper electrode layer 36) formed of a metal material (Ta in this example). Form 37A. This pattern 37A functions as a mask in subsequent ion milling or RIE.

図10に示されるように、パターン37Aをマスクとして用いてRIEを行うことにより、金属層(上部電極層36の最上層のタンタル層)をエッチングして、当該金属層の金属で形成されるパターン36Aを形成する。この際のエッチングガスは、例えばCFとArとの混合ガスであってよいし、あるいはCFのみであってもよい。このタンタル層のエッチングが完了した時点でRIEによるエッチングを止める。これは、CFガスによる磁性膜への影響を抑えるためである。タンタル層の下のルテニウム層(上部電極層36の上から2番目の層)等の金属層は、以下に説明するMTJ素子を形成するRIEによりMTJ素子と一緒に加工する。 As shown in FIG. 10, a pattern formed by etching a metal layer (the uppermost tantalum layer of the upper electrode layer 36) by performing RIE using the pattern 37A as a mask and forming the metal of the metal layer. Form 36A. The etching gas at this time may be, for example , a mixed gas of CF 4 and Ar, or may be only CF 4. When the etching of this tantalum layer is completed, the etching by RIE is stopped. This is to suppress the influence of the magnetic film by a CF 4 gas. The metal layer such as the ruthenium layer (the second layer from the top of the upper electrode layer 36) under the tantalum layer is processed together with the MTJ element by the RIE forming the MTJ element described below.

図11に示されるように、図10で作成したパターン36A及び37Aをマスクとして用いてRIEを行うことにより、MTJの磁性層等に対するエッチングを行う。この際のエッチングガスとしては、MTJ素子層の材料と反応するガスである必要があり、一酸化炭素(CO)とアンモニア(NH)との混合ガス又はメタノール(CHOH)を用いてよい。その結果、パターン36Aの下部に、自由磁化層35A、絶縁層34A、及び固定磁化層33AがMTJ素子として残った状態となる。またパターン36Aはそのまま上部電極(図2の上部電極21)となる。 As shown in FIG. 11, the magnetic layer and the like of MTJ are etched by performing RIE using the patterns 36A and 37A created in FIG. 10 as masks. The etching gas at this time needs to be a gas that reacts with the material of the MTJ element layer, and a mixed gas of carbon monoxide (CO) and ammonia (NH 3 ) or methanol (CH 3 OH) may be used. .. As a result, the free magnetization layer 35A, the insulation layer 34A, and the fixed magnetization layer 33A remain as MTJ elements under the pattern 36A. Further, the pattern 36A becomes the upper electrode (upper electrode 21 in FIG. 2) as it is.

図12に示されるように、カバー絶縁膜として、アモルファス炭素を材料とするアモルファス炭素膜40をスパッタ法により形成する。アモルファス炭素膜40は、下部電極層32の上面と、MTJ素子の側面と、上部電極36Aの側面及び上面を覆う。その膜厚は例えば30nmであってよい。なお、炭素を元素とするグラファイトは導電性を有することが知られているが、アモルファス炭素膜40を構成する炭素膜はグラファイトとは結晶状態が異なっており、実質的に絶縁性があるとみなすことができる。アモルファス炭素をターゲットとしてスパッタ法にて成膜すると、通常はアモルファス状態の膜が得られる。アモルファス炭素膜40は、図2のアモルファス炭素膜23に相当する層である。 As shown in FIG. 12, an amorphous carbon film 40 made of amorphous carbon as a cover insulating film is formed by a sputtering method. The amorphous carbon film 40 covers the upper surface of the lower electrode layer 32, the side surface of the MTJ element, and the side surface and the upper surface of the upper electrode 36A. The film thickness may be, for example, 30 nm. Graphite containing carbon as an element is known to have conductivity, but the carbon film constituting the amorphous carbon film 40 has a different crystal state from graphite and is considered to have substantially insulating properties. be able to. When a film is formed by a sputtering method targeting amorphous carbon, a film in an amorphous state is usually obtained. The amorphous carbon film 40 is a layer corresponding to the amorphous carbon film 23 in FIG.

図13に示されるように、アモルファス炭素膜40の上面に形成したフォトレジスト層を所望のパターンで露光することにより、レジストパターン41をアモルファス炭素膜40の上面に形成する。レジスト材料は、ベース樹脂であるノボラック樹脂等に、感光剤である化合物を含めた有機系材料であってよい。 As shown in FIG. 13, the resist pattern 41 is formed on the upper surface of the amorphous carbon film 40 by exposing the photoresist layer formed on the upper surface of the amorphous carbon film 40 with a desired pattern. The resist material may be an organic material containing a compound as a photosensitizer in a novolak resin or the like as a base resin.

図14において、レジストパターン41(図13参照)をマスクとして用いてRIEを行うことにより、アモルファス炭素膜40及び下部電極層32を加工する。この際のエッチングガスとしては、初めに例えば酸素(O)を用いて炭素を加工し、その後CFとArとの混合ガスを用いてよい。酸素を用いるとレジストの減耗があるが、炭素膜に対してレジスト膜のほうが厚いので、減耗の影響は最小限に抑えられる。レジストパターン41は、エッチング後にアッシングにより除去する。この処理により、アモルファス炭素膜40の一部がアモルファス炭素膜40Aとして残ると共に、下部電極層32の一部が下部電極32A(図2の下部電極20)として残った状態となる。 In FIG. 14, the amorphous carbon film 40 and the lower electrode layer 32 are processed by performing RIE using the resist pattern 41 (see FIG. 13) as a mask. As the etching gas at this time, for example, carbon may be processed with oxygen (O 2 ) first, and then a mixed gas of CF 4 and Ar may be used. When oxygen is used, the resist is depleted, but since the resist film is thicker than the carbon film, the effect of the depletion can be minimized. The resist pattern 41 is removed by ashing after etching. By this treatment, a part of the amorphous carbon film 40 remains as the amorphous carbon film 40A, and a part of the lower electrode layer 32 remains as the lower electrode 32A (lower electrode 20 in FIG. 2).

図15に示されるように、シリコン酸化膜31の上面及びその上方に位置する構造物の全上面及び全側面を覆うように、SiOを材料とする層間絶縁膜50を形成する。なお図15においては、図示の便宜上、前述のシリコン酸化膜31及び新たに形成したSiOの層間絶縁膜50を一纏まりとして示してある。 As shown in FIG. 15, an interlayer insulating film 50 made of SiO 2 is formed so as to cover the upper surface of the silicon oxide film 31 and the entire upper surface and all side surfaces of the structure located above the silicon oxide film 31. In FIG. 15, for convenience of illustration, the above-mentioned silicon oxide film 31 and the newly formed interlayer insulating film 50 of SiO 2 are shown as a group.

図16に示されるように、層間絶縁膜50の上面、上部電極36A上のアモルファス炭素膜40A、及び上部電極36Aで形成される全上面を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法又はRIE全面エッチバック法等により平坦化する。 As shown in FIG. 16, the upper surface of the interlayer insulating film 50, the amorphous carbon film 40A on the upper electrode 36A, and the entire upper surface formed by the upper electrode 36A are subjected to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or a RIE full surface etchback method. Flatten by such means.

図17に示されるように、上述の平坦化面に形成したフォトレジスト層を所望のパターンで露光することにより、レジストパターン60を平坦化面上に形成する。レジスト材料は、ベース樹脂であるノボラック樹脂等に、感光剤である化合物を含めた有機系材料であってよい。 As shown in FIG. 17, the resist pattern 60 is formed on the flattened surface by exposing the photoresist layer formed on the flattened surface with a desired pattern. The resist material may be an organic material containing a compound as a photosensitizer in a novolak resin or the like as a base resin.

図18において、レジストパターン60(図17参照)をマスクとして用いて反応性イオンエッチングを行うことにより、層間絶縁膜50の上面から下部電極32Aまで到る貫通孔50Aを層間絶縁膜50に形成する。この際のエッチングガスは、例えばCFとArとの混合ガスであってよく、炭素を加工するためにOを用いてもよい。レジストパターン60は、エッチング後にアッシングにより除去する。 In FIG. 18, by performing reactive ion etching using the resist pattern 60 (see FIG. 17) as a mask, a through hole 50A extending from the upper surface of the interlayer insulating film 50 to the lower electrode 32A is formed in the interlayer insulating film 50. .. The etching gas at this time may be, for example, a mixed gas of CF 4 and Ar, and O 2 may be used for processing carbon. The resist pattern 60 is removed by ashing after etching.

図19に示されるように、上部電極36A及びアモルファス炭素膜40Aの上面に接するように配線61を形成すると共に、下部電極32Aの上面から層間絶縁膜50の上面に到る配線62を形成する。配線61及び62の材料はAl又はCuであってよい。配線の形成方法は、各材料の配線を形成するために通常用いられる方法であってよい。 As shown in FIG. 19, the wiring 61 is formed so as to be in contact with the upper surfaces of the upper electrode 36A and the amorphous carbon film 40A, and the wiring 62 extending from the upper surface of the lower electrode 32A to the upper surface of the interlayer insulating film 50 is formed. The material of the wirings 61 and 62 may be Al or Cu. The wiring forming method may be a method usually used for forming wiring of each material.

以上により、MTJ素子を含む半導体メモリ装置が得られる。図19に示す半導体メモリ装置では、MTJ素子及び上部電極36Aの側面全体がアモルファス炭素膜40により覆われている。このようにアモルファス炭素膜40をカバー絶縁膜として設けることにより、MTJ素子の特性変動を最小限に抑制することが可能となる。なおアモルファス炭素膜40は、酸素と反応して容易に二酸化炭素になってしまう。従って、SiHとO等の酸化物ガスとの反応によりCVP法により層間絶縁膜50となるSiOを堆積させる場合、アモルファス炭素膜40が減耗してしまうおそれがある。そこで層間絶縁膜50を生成する前に、層間絶縁膜50の表面を更に別のカバー絶縁膜で保護することが考えられる。 From the above, a semiconductor memory device including an MTJ element can be obtained. In the semiconductor memory device shown in FIG. 19, the entire side surface of the MTJ element and the upper electrode 36A is covered with the amorphous carbon film 40. By providing the amorphous carbon film 40 as the cover insulating film in this way, it is possible to minimize fluctuations in the characteristics of the MTJ element. The amorphous carbon film 40 easily reacts with oxygen to become carbon dioxide. Therefore, when SiO 2 to be the interlayer insulating film 50 is deposited by the CVP method by the reaction between SiH 4 and an oxide gas such as O 2 , the amorphous carbon film 40 may be worn out. Therefore, before forming the interlayer insulating film 50, it is conceivable to protect the surface of the interlayer insulating film 50 with another cover insulating film.

図20は、図19に示す半導体メモリ装置の変形例を示す図である。図20に示す半導体メモリ装置は、アモルファス炭素膜40Aと層間絶縁膜50との間に形成時に酸化雰囲気を用いない材料で形成されたカバー絶縁膜70を更に含むことが、図19に示す半導体メモリ装置と異なる。カバー絶縁膜70は、形成時に酸化雰囲気を必要としない材料、例えばシリコン窒化膜(Si)等で形成されてよい。このようにアモルファス炭素膜40の外面(MTJ素子側とは反対側の面)をカバー絶縁膜70で覆うことにより、層間絶縁膜50の形成時等においてアモルファス炭素膜40の減耗を避けることができる。 FIG. 20 is a diagram showing a modified example of the semiconductor memory device shown in FIG. The semiconductor memory apparatus shown in FIG. 20 further includes a cover insulating film 70 formed between the amorphous carbon film 40A and the interlayer insulating film 50 with a material that does not use an oxidizing atmosphere at the time of formation. Different from the device. The cover insulating film 70 may be formed of a material that does not require an oxidizing atmosphere at the time of formation, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or the like. By covering the outer surface of the amorphous carbon film 40 (the surface opposite to the MTJ element side) with the cover insulating film 70 in this way, it is possible to avoid wear of the amorphous carbon film 40 when the interlayer insulating film 50 is formed or the like. ..

図21は、カバー絶縁膜としてアモルファス炭素膜を用いた半導体メモリ装置とカバー絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた半導体メモリ装置との素子抵抗値分布を比較して示す図である。横軸は素子抵抗値(kΩ)を示し、縦軸は、横軸の各素子抵抗値に対して低抵抗状態で当該素子抵抗値を有するMTJ素子の個数を示す。 FIG. 21 is a diagram showing a comparison of element resistance value distribution between a semiconductor memory device using an amorphous carbon film as a cover insulating film and a semiconductor memory device using a silicon oxide film as a cover insulating film. The horizontal axis indicates the element resistance value (kΩ), and the vertical axis indicates the number of MTJ elements having the element resistance value in a low resistance state with respect to each element resistance value on the horizontal axis.

図21の棒グラフの左側バーがシリコン酸化膜により覆ったMTJ素子の特性であり、棒グラフの右側バーがアモルファス炭素膜により覆ったMTJ素子(図2又は図19に示す構成のMTJ素子)の特性である。これらの特性値は実際に作成したMTJ素子について測定により得られたものである。従来用いられた酸化シリコンを材料とするカバー膜と比較して、アモルファス炭素を材料とするカバー絶縁膜を用いた構成のほうが、高抵抗となる素子数が少なく、全体的に分布幅が狭まっていることがわかる。このように酸化シリコンを材料とするカバー膜を用いる従来の構成に比較して、アモルファス炭素を材料とするカバー絶縁膜を用いた構成の方が、MTJ素子の特性変動を抑制し、抵抗分布のばらつきを低減させることができる。 The left bar of the bar graph in FIG. 21 shows the characteristics of the MTJ element covered with the silicon oxide film, and the right bar of the bar graph shows the characteristics of the MTJ element covered with the amorphous carbon film (MTJ element having the configuration shown in FIG. 2 or FIG. 19). be. These characteristic values are obtained by measurement of the actually produced MTJ element. Compared with the conventional cover film made of silicon oxide, the configuration using the cover insulating film made of amorphous carbon has a smaller number of elements with high resistance, and the distribution width is narrowed as a whole. You can see that there is. Compared with the conventional configuration using a cover film made of silicon oxide as a material, the configuration using a cover insulating film made of amorphous carbon suppresses fluctuations in the characteristics of the MTJ device and has a resistance distribution. The variation can be reduced.

以下に、MTJ素子を含むメモリセルの抵抗値の調整方法について説明する。前述のように、微細化されたMTJ素子の場合には、サイズにばらつきが発生してしまうという問題が存在する。MTJ素子が規格よりも小さくできてしまった場合には、炭素膜により特性変動を抑制するだけでは所望の素子特性を達成できないことがある。以下では、規格値よりも高抵抗となってしまったMTJ素子の抵抗値を低減する方法について説明する。 The method of adjusting the resistance value of the memory cell including the MTJ element will be described below. As described above, in the case of a miniaturized MTJ element, there is a problem that the size varies. If the MTJ device is made smaller than the standard, it may not be possible to achieve the desired device characteristics simply by suppressing the characteristic fluctuation with the carbon film. Hereinafter, a method of reducing the resistance value of the MTJ element whose resistance is higher than the standard value will be described.

図22は、MTJ素子を含むメモリセルの抵抗値の調整方法の一例を示す図である。なお図22において、フローチャートに記載された各ステップの実行順序は一例にすぎず、本願の意図する技術範囲が、記載された実行順番に限定されるものではない。例えば、Aステップの次にBステップが実行されるように本願に説明されていたとしても、Aステップの次にBステップを実行することが可能なだけでなく、Bステップの次にAステップを実行することが、物理的且つ論理的に可能である場合がある。この場合、どちらの順番でステップを実行しても、当該フローチャートの処理に影響する全ての結果が同一であるならば、本願に開示の技術の目的のためには、Bステップの次にAステップが実行されてもよいことは自明である。Aステップの次にBステップが実行されるように本願に説明されていたとしても、上記のような自明な場合を本願の意図する技術範囲から除外することを意図するものではなく、そのような自明な場合は、当然に本願の意図する技術範囲内に属する。 FIG. 22 is a diagram showing an example of a method of adjusting the resistance value of the memory cell including the MTJ element. Note that, in FIG. 22, the execution order of each step described in the flowchart is merely an example, and the technical scope intended by the present application is not limited to the execution order described. For example, even if it is described in the present application that the B step is executed after the A step, not only the B step can be executed after the A step, but also the A step is executed after the B step. It may be physically and logically possible to do so. In this case, if all the results affecting the processing of the flowchart are the same regardless of the order in which the steps are executed, for the purpose of the technique disclosed in the present application, step B is followed by step A. Is self-evident that may be performed. Even if it is explained in the present application that the B step is executed after the A step, it is not intended to exclude the above-mentioned obvious cases from the technical scope intended by the present application, and such a case is not intended. If it is self-evident, it naturally falls within the technical scope intended by the present application.

ステップS1で、半導体メモリ装置の調整対象の複数のメモリセルのMTJ素子について、低抵抗状態になるように自由磁化層の磁化方向を設定する。調整対象の複数のメモリセルは、例えば半導体メモリ装置に内蔵される全てのメモリセルであってよい。この際、外部の磁場発生装置により磁界を各MTJ素子に印加して磁化方向を設定してもよいし、或いは各MTJ素子に電流を流してスピン注入磁化反転により磁化方向を設定してもよい。 In step S1, the magnetization direction of the free magnetization layer is set so as to be in a low resistance state for the MTJ elements of a plurality of memory cells to be adjusted in the semiconductor memory device. The plurality of memory cells to be adjusted may be, for example, all the memory cells built in the semiconductor memory device. At this time, a magnetic field may be applied to each MTJ element by an external magnetic field generator to set the magnetization direction, or a current may be passed through each MTJ element to set the magnetization direction by spin injection magnetization reversal. ..

ステップS2で、読み出すメモリセルを選択する。即ち、抵抗値を測定する対象となるメモリセルを選択する。例えば、測定対象の複数のメモリセルを所定の順番で選択すればよい。 In step S2, the memory cell to be read is selected. That is, the memory cell for which the resistance value is to be measured is selected. For example, a plurality of memory cells to be measured may be selected in a predetermined order.

ステップS3で、選択されたメモリセルに対する読み出し動作を実行する。具体的には、読み出し電圧(例えば20mV)を選択されたメモリセルに印加し、当該メモリセルに流れる電流値を測定する。読み出し電圧を測定電流値で除算することにより、当該メモリセルの抵抗値を算出する。この読み出し電圧は、自由磁化層の磁化方向を反転させるために必要な反転電圧よりも低い電圧である。 In step S3, the read operation for the selected memory cell is executed. Specifically, a read voltage (for example, 20 mV) is applied to the selected memory cell, and the current value flowing through the memory cell is measured. The resistance value of the memory cell is calculated by dividing the read voltage by the measured current value. This read-out voltage is lower than the inverting voltage required to invert the magnetization direction of the free magnetization layer.

ステップS4で、ステップS3において算出された抵抗値が規格内の抵抗値であるか否かを判定する。この判定処理は、基本的には、算出された抵抗値が所定の抵抗値以下である否かを判定する閾値処理であってよい。より具体的には、低抵抗状態のメモリセルに要求される抵抗値の範囲内に、算出された抵抗値が入っているか否かを判定してよい。規格内の抵抗値である場合にはステップS5に進み、規格内の抵抗値でない場合にはステップS7に進む。 In step S4, it is determined whether or not the resistance value calculated in step S3 is within the standard. This determination process may basically be a threshold value process for determining whether or not the calculated resistance value is equal to or less than a predetermined resistance value. More specifically, it may be determined whether or not the calculated resistance value is within the range of the resistance value required for the memory cell in the low resistance state. If the resistance value is within the standard, the process proceeds to step S5, and if the resistance value is not within the standard, the process proceeds to step S7.

ステップS7で、抵抗値が測定されたメモリセルが高抵抗状態であるか否かを判定する。即ち、高抵抗状態のメモリセルに要求される抵抗値の範囲内に、算出された抵抗値が入っているか否かを判定する。高抵抗状態ではないメモリセルの例としては、流れる電流値が略ゼロであり略絶縁状態にあるメモリセルや、流れる電流量が極端に大きく略短絡状態にあるメモリセルなどがある。これらのメモリセルは、抵抗値調整により回復することができるメモリセルではない。高抵抗状態でない場合にはステップS9に進み、当該メモリセルを不合格とする。不合格としたメモリセルは欠陥メモリセルとして登録しておき、適宜冗長処理等の対象としてよい。なおステップS4とS7とで実行する判定は、以下に説明する抵抗値補正処理の対象とするメモリセルを特定する判定であり、基本原則としては、算出された抵抗値が所定の抵抗値よりも高いメモリセルを特定する判定であってよい。その際に、判定におけるより細かな設定として、ステップS4及びS7でそれぞれ具体的に説明したように、低抵抗状態の規格内の抵抗値及び高抵抗状態の規格内の抵抗値であるか否かを判定するようにしてよい。 In step S7, it is determined whether or not the memory cell whose resistance value has been measured is in a high resistance state. That is, it is determined whether or not the calculated resistance value is within the range of the resistance value required for the memory cell in the high resistance state. Examples of memory cells that are not in the high resistance state include memory cells in which the flowing current value is substantially zero and in a substantially isolated state, and memory cells in which the amount of flowing current is extremely large and in a substantially short-circuited state. These memory cells are not memory cells that can be recovered by adjusting the resistance value. If the resistance is not high, the process proceeds to step S9, and the memory cell is rejected. The failed memory cell may be registered as a defective memory cell and appropriately subject to redundant processing or the like. The determination executed in steps S4 and S7 is a determination to specify the memory cell to be the target of the resistance value correction processing described below, and as a basic principle, the calculated resistance value is larger than the predetermined resistance value. It may be a determination to identify a high memory cell. At that time, as more detailed settings in the determination, as described specifically in steps S4 and S7, whether or not the resistance value is within the standard in the low resistance state and the resistance value within the standard in the high resistance state. May be determined.

ステップS7で高抵抗状態であると判定された場合にはステップS8に進む。ステップS8では、高抵抗状態と判定されたメモリセルの抵抗値の補正処理を実行する。具体的には、読み出し電圧(例えば20mV)よりも高く、素子破壊電圧(例えば1.2V)よりも低い電圧(例えば1.0V)を当該メモリセルに所定の時間印加する。即ち、例えば図2に示される配線24及び25を介して上部電極21と下部電極20との間に例えば1.0Vの電圧を印加する。この電圧印加は一回のみ実行してもよいし、複数回実行してもよい。この電圧印加により上部電極21と下部電極20とを介してMTJ素子に電流を流すことによりMTJ素子を加熱する。この加熱により、MTJ素子を構成する元素をアモルファス炭素膜23に拡散させることにより、アモルファス炭素膜23の抵抗値を低下させる。抵抗値の低下量は、印加電圧、パルス電圧幅(電圧印加時間)、印加回数等により制御することができる。ステップS8の後、手順はステップS3に戻り、読み出し処理以降の処理を繰り返す。 If it is determined in step S7 that the resistance is high, the process proceeds to step S8. In step S8, the resistance value correction process of the memory cell determined to be in the high resistance state is executed. Specifically, a voltage (for example, 1.0 V) higher than the read voltage (for example, 20 mV) and lower than the element destruction voltage (for example, 1.2 V) is applied to the memory cell for a predetermined time. That is, for example, a voltage of 1.0 V is applied between the upper electrode 21 and the lower electrode 20 via the wirings 24 and 25 shown in FIG. This voltage application may be executed only once or may be executed a plurality of times. By applying this voltage, the MTJ element is heated by passing a current through the upper electrode 21 and the lower electrode 20 to the MTJ element. By this heating, the elements constituting the MTJ element are diffused in the amorphous carbon film 23, thereby lowering the resistance value of the amorphous carbon film 23. The amount of decrease in the resistance value can be controlled by the applied voltage, the pulse voltage width (voltage application time), the number of applications, and the like. After step S8, the procedure returns to step S3, and the process after the read process is repeated.

前述のステップS4においてメモリセルの測定抵抗値が規格内の抵抗値であると判定された場合はステップS5に進み、当該メモリセルを合格とする。 If it is determined in step S4 above that the measured resistance value of the memory cell is a resistance value within the standard, the process proceeds to step S5, and the memory cell is accepted.

ステップS6で、他のメモリセルを測定するか否かを判定する。即ち、調整対象の複数のメモリセルのうちまだ抵抗値を測定していないメモリセルがあるか否かを判定する。測定するメモリセルがまだ残っている場合、ステップS2に戻り、メモリセルの選択処理及び以降の処理を繰り返す。他のメモリセルを測定しない場合、MTJ素子を含むメモリセルの抵抗値調整処理を終了する。なお、メモリ装置内ではS9で不合格になった素子は他の予備メモリ素子へ置き換える冗長を行うことがある。 In step S6, it is determined whether or not to measure another memory cell. That is, it is determined whether or not there is a memory cell whose resistance value has not yet been measured among the plurality of memory cells to be adjusted. If there are still memory cells to be measured, the process returns to step S2, and the memory cell selection process and the subsequent processes are repeated. When no other memory cell is measured, the resistance value adjustment process of the memory cell including the MTJ element is terminated. In the memory device, the element that fails in S9 may be replaced with another spare memory element for redundancy.

図23は、電流印加による加熱によりメモリセルの抵抗値が減少する効果を示す図である。横軸は素子抵抗値(kΩ)を示し、縦軸は、横軸の各素子抵抗値に対して低抵抗状態で当該素子抵抗値を有するメモリセルの個数を示す。 FIG. 23 is a diagram showing the effect of reducing the resistance value of the memory cell by heating by applying a current. The horizontal axis indicates the element resistance value (kΩ), and the vertical axis indicates the number of memory cells having the element resistance value in a low resistance state with respect to each element resistance value on the horizontal axis.

図23の棒グラフの左側バーが抵抗値調整前のメモリセルの特性であり、棒グラフの右側バーが抵抗値調整後のメモリセルの特性である。これらの特性値は実際に作成したメモリセルについて測定により得られたものである。この図23では、素子抵抗値2.5kΩ以上のメモリセルに対して抵抗値調整処理を実行した。このように所定の抵抗値より高抵抗のメモリセルに対して抵抗値調整処理を実行することにより、抵抗値が相対的に高いメモリセルの抵抗値が低減され、メモリセルの抵抗値分布の幅が狭くなり、抵抗値分布の形が改善されていることが分かる。アモルファス炭素膜で覆うメモリ素子が、抵抗値変化として情報を記録するMTJ素子の場合には、このようにしてメモリセルの総体的な抵抗値を調整することにより、メモリセルの情報記録特性を調整することが可能となる。 The left bar of the bar graph in FIG. 23 is the characteristic of the memory cell before the resistance value adjustment, and the right bar of the bar graph is the characteristic of the memory cell after the resistance value adjustment. These characteristic values are obtained by measurement of the actually created memory cell. In FIG. 23, the resistance value adjusting process was executed for the memory cell having the element resistance value of 2.5 kΩ or more. By executing the resistance value adjustment process for a memory cell having a resistance higher than a predetermined resistance value in this way, the resistance value of the memory cell having a relatively high resistance value is reduced, and the width of the resistance value distribution of the memory cell is widened. Is narrowed, and it can be seen that the shape of the resistance value distribution is improved. When the memory element covered with the amorphous carbon film is an MTJ element that records information as a change in resistance value, the information recording characteristics of the memory cell are adjusted by adjusting the overall resistance value of the memory cell in this way. It becomes possible to do.

上記の加熱処理には、MTJ素子が状態反転するために必要な反転電流値を小さくする効果もある。アモルファス炭素膜からの炭素拡散によりMTJ素子の周辺部の磁気が壊れ実質的に断面積が小さなMTJ素子となること、炭素拡散のために磁化層の周辺部が電流で熱を発生し磁気反転し易くなること、等により生じる。MTJ素子の断面積が実質的に小さくなれば電流密度が増えるので、磁化方向を反転するために必要な反転電流値が減少する。また磁化層は小さな磁区に分かれており、1つの磁区が反転すると、その周囲の磁区は反転しやすくなるという特性がある。従って、周辺部の磁区が熱により磁化反転しやすくなると、ある電流を流したときに周辺部の磁区が中心部の磁区よりも先に反転し、この周辺部の磁区の反転が中心部の磁区に伝わっていき中心部の磁区も反転する。 The above heat treatment also has the effect of reducing the inversion current value required for the MTJ element to invert the state. Due to carbon diffusion from the amorphous carbon film, the magnetism in the peripheral part of the MTJ element is broken and the MTJ element has a substantially small cross-sectional area. It is caused by making it easier. As the cross-sectional area of the MTJ element becomes substantially smaller, the current density increases, so that the inverting current value required for inverting the magnetization direction decreases. Further, the magnetization layer is divided into small magnetic domains, and when one magnetic domain is inverted, the surrounding magnetic domains are easily inverted. Therefore, when the magnetic domain in the peripheral portion is easily magnetized and inverted due to heat, the magnetic domain in the peripheral portion is inverted before the magnetic domain in the central portion when a certain current is applied, and the magnetic domain in the peripheral portion is inverted in the magnetic domain in the central portion. The magnetic domain in the center is also reversed.

図24は、電流印加による加熱によりMTJ素子の反転電流値が減少する効果を示す図である。横軸は反転電流値(μA)を示し、縦軸は、横軸の各反転電流値に対して、反転するために当該反転電流値が必要なMTJ素子の個数を示す。 FIG. 24 is a diagram showing the effect of reducing the inverting current value of the MTJ element by heating by applying a current. The horizontal axis represents the inverting current value (μA), and the vertical axis represents the number of MTJ elements that require the inverting current value for inverting with respect to each inverting current value on the horizontal axis.

図24の棒グラフの左側バーが抵抗値調整前のMTJ素子の特性であり、棒グラフの右側バーが抵抗値調整後のMTJ素子の特性である。これらの特性値は実際に作成したMTJ素子について測定により得られたものである。抵抗値調整時の加熱処理の結果、MTJ素子の反転電流値が低減され、例えば175μA及び200μAの反転電流を必要とするMTJ素子は無くなっている。このように、抵抗値調整処理には、MTJ素子が状態反転するために必要な反転電流値を小さくする効果もあることが分かる。 The left bar of the bar graph in FIG. 24 is the characteristic of the MTJ element before the resistance value adjustment, and the right bar of the bar graph is the characteristic of the MTJ element after the resistance value adjustment. These characteristic values are obtained by measurement of the actually produced MTJ element. As a result of the heat treatment at the time of adjusting the resistance value, the inverting current value of the MTJ element is reduced, and the MTJ element that requires the inverting current of, for example, 175 μA and 200 μA is eliminated. As described above, it can be seen that the resistance value adjusting process also has an effect of reducing the inverting current value required for the MTJ element to invert the state.

以上の実施例は、MTJ素子を含む磁気抵抗変化メモリ装置を例として説明したが、前述のように、アモルファス炭素膜を適用可能な素子はMTJ素子に限定されない。例えば、本願の半導体メモリ装置の製造方法を用いることにより、アモルファス炭素膜をカバー絶縁膜として有する強誘電体メモリ素子を加工及び製造してもよい。 In the above embodiment, the magnetoresistive memory device including the MTJ element has been described as an example, but as described above, the element to which the amorphous carbon film can be applied is not limited to the MTJ element. For example, a ferroelectric memory element having an amorphous carbon film as a cover insulating film may be processed and manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present application.

強誘電体メモリの場合、メモリ素子層(強誘電体層)は、例えばジルコニウム酸チタン酸鉛(PZT)等の強誘電体材料で形成される。このメモリ素子層の下面側には、Pt(白金)、Ti(チタン)、又はIrOx(イリジウム酸化物)等を材料とする下部電極が形成される。メモリ素子層の上面側には、Pt又はIrOx等を材料とする上部電極が形成される。このような構成の強誘電体メモリでは強誘電体材料が酸化物であるため、例えばシリコン窒化膜等をカバー膜として用いると、カバー膜形成時における水素原子による還元作用により、強誘電体材料の特性が変動してしまう。それに対して、上記図12に示される工程と同様に、カバー絶縁膜として、アモルファス炭素を材料とするアモルファス炭素膜をスパッタ法により形成するようにすれば、強誘電体材料の特性を劣化や変動させることがない。 In the case of a ferroelectric memory, the memory element layer (ferroelectric layer) is formed of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). A lower electrode made of Pt (platinum), Ti (titanium), IrOx (iridium oxide) or the like is formed on the lower surface side of the memory element layer. An upper electrode made of Pt, IrOx, or the like is formed on the upper surface side of the memory element layer. Since the ferroelectric material is an oxide in the ferroelectric memory having such a configuration, for example, when a silicon nitride film or the like is used as the cover film, the ferroelectric material is reduced by the reducing action of hydrogen atoms at the time of forming the cover film. The characteristics will fluctuate. On the other hand, if an amorphous carbon film made of amorphous carbon is formed as the cover insulating film by the sputtering method as in the step shown in FIG. 12, the characteristics of the ferroelectric material are deteriorated or changed. I won't let you.

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 Although the present invention has been described above based on the examples, the present invention is not limited to the above examples, and various modifications can be made within the scope of the claims.

11 自由磁化層
12 トンネル絶縁膜
13 固定磁化層
20 下部電極
21 上部電極
22 層間絶縁膜
23 アモルファス炭素膜
24 配線
25 配線
11 Free magnetized layer 12 Tunnel insulating film 13 Fixed magnetized layer 20 Lower electrode 21 Upper electrode 22 Interlayer insulating film 23 Amorphous carbon film 24 Wiring 25 Wiring

Claims (3)

酸化還元反応により特性が変化するメモリ素子と、
前記メモリ素子の上面に設けられる第1電極と、
前記メモリ素子の下面に設けられる第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間における前記メモリ素子の側面全体を覆うアモルファス炭素膜と、
前記アモルファス炭素膜の周囲に設けられた層間絶縁膜と
前記アモルファス炭素膜と前記層間絶縁膜との間に形成時に酸化雰囲気を用いない材料で形成されたカバー絶縁膜と
を含む半導体メモリ装置。
A memory element whose characteristics change due to a redox reaction,
A first electrode provided on the upper surface of the memory element and
A second electrode provided on the lower surface of the memory element and
An amorphous carbon film covering the entire side surface of the memory element between the first electrode and the second electrode,
An interlayer insulating film provided on the periphery of the amorphous carbon film,
A semiconductor memory device including a cover insulating film formed between the amorphous carbon film and the interlayer insulating film with a material that does not use an oxidizing atmosphere at the time of formation.
磁気トンネル結合素子と、前記磁気トンネル結合素子の上面に設けられる第1電極と、前記磁気トンネル結合素子の下面に設けられる第2電極と、前記磁気トンネル結合素子の側面を覆うアモルファス炭素膜とを含むメモリセルにおいて、
前記第1電極と前記第2電極とを介して前記磁気トンネル結合素子に電流を流すことにより前記磁気トンネル結合素子を加熱し、
前記加熱により前記磁気トンネル結合素子を構成する元素を前記アモルファス炭素膜に拡散させることにより前記アモルファス炭素膜の抵抗値を低下させる
各段階を含むメモリセルの抵抗値の調整方法。
A magnetic tunnel coupling element, a first electrode provided on the upper surface of the magnetic tunnel coupling element, a second electrode provided on the lower surface of the magnetic tunnel coupling element, and an amorphous carbon film covering the side surface of the magnetic tunnel coupling element. In the including memory cell
The magnetic tunnel coupling element is heated by passing an electric current through the first electrode and the second electrode to the magnetic tunnel coupling element.
A method for adjusting the resistance value of a memory cell, which comprises each step of lowering the resistance value of the amorphous carbon film by diffusing the elements constituting the magnetic tunnel coupling element into the amorphous carbon film by the heating.
前記磁気トンネル結合素子に対して低抵抗状態に設定する処理を実行し、
前記低抵抗状態に設定する処理後の前記メモリセルの抵抗値を測定し、
前記抵抗値が所定の抵抗値よりも高い場合に前記加熱する段階を実行する
請求項2に記載のメモリセルの抵抗値の調整方法。
The process of setting the magnetic tunnel coupling element to a low resistance state is executed, and the process is performed.
The resistance value of the memory cell after the process of setting the low resistance state is measured, and the resistance value is measured.
The method for adjusting the resistance value of a memory cell according to claim 2, wherein the heating step is executed when the resistance value is higher than a predetermined resistance value.
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